QVLS-iLabs

Innovative Ansätze bringen Quantentechnologien auf den Markt

Neuartige Quantentechnologien stehen heute an der Schwelle zur Kommerzialisierung und können für Industrie und Gesellschaft breit nutzbar gemacht werden. Mit den QVLS-iLabs sollen bei Kollaborationen zwischen Forschung und Industrie neue Wege gegangen werden.

Ein Blick ins Herz des aktuellen Prototyps des Forschungsprojekts QVLS-Q1. Mit Ionenfallen-Quantencomputern wie diesem lassen sich Qubits bereits in sonst unerreichter Qualität schalten. Das verspricht skalierbare Systeme.

Ein Blick ins Herz des aktuellen Quantencomputer-Prototyps des Forschungsprojekts QVLS-Q1, © QVLS, TU-BS

Hintergrundinformationen zum Zukunftscluster QVLS-iLabs

Mit den folgenden Texten stellt sich der Zukunftscluster QVLS-iLabs persönlich vor.

Die Vision

Quantentechnologien haben mit ihrem enormen Disruptionspotenzial tiefgreifende Auswirkungen auf Industrie und Gesellschaft und gleichzeitig eine erhebliche Bedeutung für die europäische technologische Souveränität. Ziel von QVLS-iLabs ist der Aufbau eines offenen Innovationsnetzwerks zu Quantentechnologien in der Region Hannover-Braunschweig. Niedersachsen hat beste Voraussetzungen hierbei eine Vorreiterposition einzunehmen und bereits vorhandene starke Kooperationen zu nutzen, die auf der Quantum Valley Lower Saxony Initiative des Landes (QVLS) gründen. Zusammen mit neuen Akteuren wollen die initialen Partner das wirtschaftliche Potenzial insbesondere von Anwendungen der Quantenmetrologie und von Quantencomputern ausschöpfen.

Die iLabs sind das Zentrum für die Kooperation zwischen Industrie und Grundlagenforschung. Mit zunehmender Systemintegration sowie Skalierung und in enger Zusammenarbeit mit industriellen Partnern soll der Schwerpunkt des Zukunftsclusters QVLS-iLabs von der innovationstreibenden Enabling Technology über Demonstratoren bis hin zur Anwendungs- und Produktentwicklung voranschreiten.

Ergänzend zu den gemeinsamen technologischen Arbeiten in den iLabs werden innovative Konzepte für Wissenstransfer, Unterstützung von Ausgründungen, Innovationsmanagement und weitere Werkzeuge im „Communication, Connection and Support Lab“ c²sLab entwickelt.

Insgesamt werden die Vorzüge und Möglichkeiten der Quantentechnologie so für die breite Gesellschaft zugänglich gemacht und ein sich selbsttragender, neuer Wirtschaftszweig in der Region erschlossen.

Die Basis

QVLS-iLabs ist eingebettet in ein herausragendes regionales Ökosystem für Quantentechnologien:

In den vergangenen Jahren haben die Leibniz-Universität Hannover und die Technische Universität Braunschweig ihre Aktivitäten in der Quantentechnologie durch gemeinsame wissenschaftliche Projekte im Rahmen der Forschungsallianz Hannover-Braunschweig, gemeinsamer Berufungen sowie gemeinsam genutzter Forschungsbauten strategisch weiterentwickelt.

Ein Alleinstellungsmerkmal besteht in der langfristigen und engen Zusammenarbeit beider Universitäten mit dem zweitgrößten nationalen Metrologie-Institut weltweit, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. Darauf aufbauend wird QVLS-iLabs zusätzlich durch das 2019 an der PTB eingerichtete Quantentechnologie-Kompetenzzentrum QTZ und das erst kürzlich neu gegründete DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik (SI) in Hannover unterstützt.

Die beiden Universitäten und die PTB haben das Exzellenzcluster QuantumFrontiers, viele Sonderforschungsbereiche und Graduiertenkollegs eingeworben und zusätzlich Erfahrung in der strategischen Kooperation mit international tätigen Unternehmen ebenso wie mit Start-ups vorzuweisen. Verstärkt durch die Quantum Valley Lower Saxony Initiative des Landes Niedersachsen (QVLS) wurden und werden die wissenschaftlichen Grundlagen gelegt und in Laboraufbauten demonstriert.

Aktuelle Leuchtturmvorhaben mit internationaler Strahlkraft, wie das vom Land Niedersachsen mit 25 Millionen Euro geförderte Projekt QVLS-Q1 zum Bau eines 50-Qubit-Quantencomputers, belegen eindrucksvoll die von den hiesigen Forschungseinrichtungen gelebte Wagniskultur.

Insgesamt fügt sich QVLS-iLabs ideal in das regionale Ökosystem für Quantentechnologien ein und kann hier eine wesentliche Rolle bei der Einbindung und Ansiedlung von Industriepartnern spielen.

Die Konzeptionsphase

In der Konzeptionsphase wurde der iLab-Gedanke weiterentwickelt und die Gründung der skizzierten iLabs angebahnt. Dies beinhaltete insbesondere die konkrete Abstimmung mit Industriepartnern inklusive vertraglicher Regelungen, welche die iLabs als Public-Private-Partnership installieren. Der Kreis der einbezogenen Unternehmen wurde erweitert, mit dem Ziel eines regionalen Engagements auch international tätiger Konzerne. Weiterhin wurden zusammen mit den Partnern technisch-wissenschaftliche Ziele abgesteckt, die in der ersten Phase erreicht werden sollen. Erste Angebote für den Wissenstransfer sowohl im Umfeld der Themen als hinsichtlich Einführung in die Quantentechnologie‘ wurden zur Verfügung gestellt, um als erste Bedarfstests zu dienen und damit die Weiterentwicklung zu befördern.

Zusammen mit den regionalen Innovationszentren und Technologietransferstellen wurden von Beginn an Möglichkeiten für Ausgründungen und Fragen des geistigen Eigentums (IP-Regelungen) betrachtet. Für die sowohl in Braunschweig als auch in Hannover geplanten Neubauten wurden Campuskonzepte entwickelt, welche die Nutzung der neuen Zentren für QVLS-iLabs erlauben. Insgesamt wurde so eine ausgezeichnete, fundierte Ausgangsposition für einen Schnellstart von QVLS-iLabs geschaffen.

Auf einen Blick

Projektlaufzeit: 01.10.2021 bis 31.03.2022
Zuwendung: 209.115,37 €
Zuwendungsempfänger: Leibniz Universität Hannover (LUH), Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Technische Universität Braunschweig (TU-BS), DLR Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik (DLR-SI)
Weitere Partner, welche die Arbeiten der Konzeptionsphase unterstützen:
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik: Lasertechnik, K. Danzmann
Volkswagen AG: Anwender für Optimierungsprobleme für Quantencomputer
Sartorius AG: Gründungsmitglied QVLS-Q1 und Expertise für Ausgründungen, O. Reif
Institut für Flugführung, TU Braunschweig (IFF), T. Rausch, F. Pätzold
Institut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannover (IfE), J. Müller, S. Schön
ZARM, System Enabling Technologies, Universität Bremen (ZARM), T. Schuldt

Beitrag zur Hightech-Strategie (HTS) 2025

Die Weiterentwicklung von Quantentechnologien der zweiten Generation bis in die Anwendung ist eines der zentralen Themen der Hightech-Strategie 2025.

Durch die Anwendung von neuartigen Quantentechnologien lassen sich bestehende technologische Grenzen überwinden und Durchbrüche bei den gesellschaftlichen Herausforderungen der Zukunft, insbesondere in den in der HTS 2025 definierten Bereichen Gesundheit und Pflege, Nachhaltigkeit, Klimaschutz und Energie, Mobilität, Sicherheit und Wirtschaft sowie Arbeit 4.0, erzielen.

QVLS-iLabs soll eine Reihe von bahnbrechenden Zukunftsszenarien mit hohem ökonomischem Potenzial ermöglichen: Auf Ionen basierende Quantencomputer-Plattformen werden einen völlig neuen Zugang zu Optimierungsproblemen erlauben, Anwendungen der Quantenmetrologie (wie transportable Uhren und Neutralatom-Inertialsensoren) werden neue Anwendungen beispielsweise bei Ressourcenerkundung und autonomem Fahren ermöglichen. Neuartige, strukturierte photonische Systeme zur Kontrolle von Licht auf der Quantenskala werden Anwendungen in der Höchstauflösungs-Mikroskopie, der Optogenetik und dem Neuromorphic Computing befördern.

Umsetzungsphase I

Zukunftscluster QVLS-iLabs

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Auf einen Blick

Aktuell bewilligte Umsetzungsphasenprojekte und darin geförderte Partner (in alphabetischer Reihenfolge):

QVLS-iLabs: Coordination, Communication and Support Lab (c2s-Lab)

QVLS-iLabs: Demonstration vollständig integrierter photonischer Plattformen für Quantentechnologien (Dip-QT)

QVLS-iLabs: Hardware-Software Integration elektronischer Komponenten für Quantensysteme (HIQS)

QVLS-iLabs: Integration von Elektronikkomponenten in einem Glas-Interposer mit Saphir-ähnlicher Wärmeleitfähigkeit (INTEGER)

QVLS-iLabs: Kompakte Atomquelle für Quantensensoren (KOAQS)

QVLS-iLabs: Kompakte Frequenzreferenz (KOFREF)

QVLS-iLabs: Magnetische Kamera für die Qualitätskontrolle und -selektion von Batterien für Elektrofahrzeuge (QBatt)

QVLS-iLabs: Quantum Photonic Integrated Components (QPIC)

QVLS-iLabs: Quantum-Gravimeter mit fortschrittlichen LIDE-basierten Atomchips (Q-GALA)

QVLS-iLabs: Skalierbare integrierte Ionenfallen für QT (SiQT)

QVLS-iLabs: Skalierbare Verbindungstechnologie für kundenspezifische photonische integrierte Schaltungen (SciLine)